ОГЭ по физике: движение шарика в жидкости

[pogulyat_vyshel]

Mihr в сообщении #1433684 писал(а):

pogulyat_vyshel,
а как Вы учитываете изменение потенциальной энергии воды? Мне показалось, что никак.

Так Вы определитесь к какой системе Вы применяете закон изменения энергии. Если, как тут люди пишут, все силовое воздействие воды на шар сводится к заданной работе сил, действующих на шар со стороны воды, то закон изменения энергии можно применять к шару, и я Вам показал, что в этом случае получается чушь, просто так данные в условии подобраны. Если Вы применяете закон изменения энергии к системе шар+вода, то я уже объяснил, к каким трудностям это приводит.

[Mihr]

Я применяю закон сохранения энергии к системе шар-вода. Трудности, о которых Вы говорили, выше прокомментировал Munin:

Munin в сообщении #1433584 писал(а):

pogulyat_vyshel в сообщении #1433532 писал(а):

А это ничего, что там будет плеск, волны при входе в воду, а затем каверна потянется за шаром?

Это всё процессы уже в воде, то есть энергия им передаётся уже после того, как она получена водой в процессе

"преодоления силы сопротивления воды".

Так что формально, задача выглядит корректной.

Хотя, разумеется, разъяснить такие нюансы школьникам надо, и сделать это непросто, а без такого разъяснения - легко запутать.

[pogulyat_vyshel]

Mihr в сообщении #1433691 писал(а):

Я применяю закон сохранения энергии к системе шар-вода.

И скорости частиц жидкости у Вас в закон сохранения энергии не входят. Так держать!

Mihr в сообщении #1433691 писал(а):

Трудности, о которых Вы говорили, выше прокомментировал Munin:

Вы нашли себе замечательного гуру. Учитесь у него дальше.

[amon]

Mihr в сообщении #1433586 писал(а):

Сила Архимеда ведь не считается составной частью силы сопротивления

В школьных задачах с водой народ, их составляющий, непрерывно наступает на всякие подводные грабли. Например, при движении с ускорением даже в невязкой жидкости возникает сила, пропорциональная ускорению. Ее обычно называют присоединенной массой. Такую силу следует куда отнести? К силам сопротивления?

[pogulyat_vyshel]

Mihr в сообщении #1433684 писал(а):

а как Вы учитываете изменение потенциальной энергии воды?

хороший вопрос кстати. Вода там как-то плещется и как Вы учитываете потенциальную энергию воды? А Вы как учитываете? Риторический вопрос ибо ясно уже все. Про силу Архимеда в динамической задаче это вообще уже цирк.

[Mihr]

amon в сообщении #1433697 писал(а):

Такую силу следует куда отнести? К силам сопротивления?

Не знаю. Поделитесь своим мнением?

pogulyat_vyshel в сообщении #1433693 писал(а):

И скорости частиц жидкости у Вас в закон сохранения энергии не входят.

Входят. В ту самую половину начальной энергии шара, которую в итоге получила вода.

pogulyat_vyshel в сообщении #1433693 писал(а):

Учитесь у него дальше.

С удовольствием.

pogulyat_vyshel в сообщении #1433698 писал(а):

А Вы как учитываете?

Очень просто. Шарик, опускаясь на некоторую глубину, выдавливает с этой глубины к самой поверхности объём воды, равный собственному объёму (вода-то практически несжимаема).

[amon]

Mihr в сообщении #1433699 писал(а):

Не знаю.

И я не знаю. Спрашивать тут надо составителя задачи, но, подозреваю, что и он(а) не ответит, поскольку про эту силу то ли не знает, то ли забыл.
Сила Архимеда:

Mihr в сообщении #1433699 писал(а):

Шарик, опускаясь на некоторую глубину, выдавливает с этой глубины к самой поверхности объём воды, равный собственному объёму

А как, по-вашему, эта вода движется или неподвижна? И если движется, то как?

[Eule_A]

(Оффтоп)

amon в сообщении #1433697 писал(а):

при движении с ускорением даже в невязкой жидкости возникает сила, пропорциональная ускорению. Ее обычно называют присоединенной массой

Я боюсь, что сильно забыл уже гидродинамику, поэтому в оффтоп убираю вопрос. Напомните, пожалуйста, при выводе этой силы ведь обычно жидкость считается заполняющей всё окружающее пространство? Т.е. поверхности нет. Учёт поверхности как-то ведь сказывается?

[amon]

(Оффтоп)

Eule_A в сообщении #1433703 писал(а):

Напомните, пожалуйста, при выводе этой силы ведь обычно жидкость считается заполняющей всё окружающее пространство?

Да. И что там будет со свободной поверхностью - Бог (либо Кочин -один из его представителей в гидродинамике) весть.

[Mihr]

amon в сообщении #1433701 писал(а):

А как, по-вашему, эта вода движется или неподвижна? И если движется, то как?

Ну, конечно, движется. Иначе как бы она достигла поверхности?
Вопрос "как" плохо понимаю. Вряд ли движение здесь ламинарное.
Но и эта кинетическая энергия движения, как я понимаю, входит в ту самую часть энергии, которую получила в итоге вода. Или Вы понимаете задачу иначе?

[amon]

Mihr в сообщении #1433706 писал(а):

Ну, конечно, движется.

А при выводе закона Архимеда как там с движением воды? Это к замечанию уважаемого pogulyat_vyshel

pogulyat_vyshel в сообщении #1433698 писал(а):

Про силу Архимеда в динамической задаче это вообще уже цирк.

[Mihr]

Закон Архимеда относится к гидростатике, конечно.

[amon]

Mihr в сообщении #1433711 писал(а):

Закон Архимеда относится к гидростатике

То есть, мы сошлись на том, что фраза "если на работу по преодолению силы сопротивления воды пошла половина кинетической энергии" загадочна, требует разъяснений, и велики шансы, что при должных разъяснениях вся задача отправится в тар-тарары.

[Mihr]

amon в сообщении #1433712 писал(а):

при должных разъяснениях вся задача отправится в тар-тарары

Сурово. Неужели даже в 9-м классе нельзя закрыть глаза на определённые натяжки? И что? Пусть школьники решают лишь задачи на санки, скатывающиеся с горки? Так ведь и там можно найти, мягко говоря, неточности. Например, реальная сила сухого трения зависит от модуля скорости, но в школе об этом не упоминают. А и вообще, можно ли говорить здесь о сухом трении? А если температура близка к нулю, и под полозьями снег подтаивает из-за повышенного давления... Боюсь, если начать разбираться "с пристрастием", добрую половину сюжетов для школьных задач придётся забраковать. Вот эта, обсуждавшаяся здесь задача мне не видится столь уж вопиюще некорректной в ряду других школьных задач. Тем паче, для 9-ко класса. Впрочем, мало ли чего я не вижу... В любом случае, спасибо за обсуждение.

[Munin]

pogulyat_vyshel в сообщении #1433666 писал(а):

А ну понятно, как я сам не догадался. Направим вертикально вверх ось $OY$, так, что ее начало $O$ находится на поверхности воды. В начальный момент времени полная энергия шарика равна $mgh$; а в конечный момент времени, когда шарик остановился где-то под водой, полная энергия равна равна $mgy$, где $y$ -- координата шарика на оси $OY$.
Пишем закон изменения энергии для шарика: $mgy-mgh=-T/2,\quad T=mv^2/2=mgh$.
Откуда $y=h/2$. т.е, шарик завис на полпути к воде. Ну вот, наконец все разъяснилось.

Какой милый троллинг. Если убрать ошибку в знаке, то получается как раз то, что надо... почти.
Школьник должен записать для шарика в воде потенциальную энергию не в виде $mgy,$ а в виде $m\left(g-\dfrac{\rho_\text{воды}}{\rho_\text{шарика}}g\right)y.$

-- 07.01.2020 00:51:16 --

amon в сообщении #1433697 писал(а):

Например, при движении с ускорением даже в невязкой жидкости возникает сила, пропорциональная ускорению. Ее обычно называют присоединенной массой. Такую силу следует куда отнести? К силам сопротивления?

Почему бы и нет.
Окружим весь шарик поверхностью по его поверхности. Все силы, которые на него действуют по этой поверхности, это силы со стороны воды. Они могут иметь сколь угодно сложные законы и свойства, мы ими не занимаемся, нам дан их интегральный эффект.

Эти силы со стороны воды можно чисто формально разделить на силу Архимеда (которая просто по определению $-\rho\vec{g}V$), и всё остальное, что мы называем "силами сопротивления".

amon в сообщении #1433701 писал(а):

А как, по-вашему, эта вода движется или неподвижна? И если движется, то как?

Пускай движется. Потом подождём полчаса, и она снова станет неподвижной. Это уже её внутреннее, воды, дело.

amon в сообщении #1433709 писал(а):

А при выводе закона Архимеда как там с движением воды?

Шарик падает с высоты в воду. Движется в воде до какой-то глубины, на которой останавливается. В этот момент там его ловят на кусочек пластилина и держат. После этого он всегда неподвижен. Через полчаса все движения в воде останавливаются. У шарика есть работа, которую он совершил за время падения сквозь воду, и никакой больше работы он не совершал. Через полчаса сила Архимеда остаётся единственной силой со стороны воды на шарик, и у неё есть потенциальная энергия, см. выше. Всё остальное было потеряно на то, что составители задачи назвали "силами сопротивления воды".

В чём проблема с таким сюжетом?